并联减变速一体化滚动活齿机构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于变速比传动领域，具体设及一种变速比滚动活齿传动机构。
【背景技术】
[0002] 随着生产的发展和科技的进步，常规的匀速传动在很多场合已经无法满足新工艺 和新设备的要求，而根据实际工况反求出的变速比运动规律，往往是设备运行的理想状态， 因此变速比传动在机械领域占据愈来愈重要的地位。
[0003] 在众多变速比传动机构中，非圆齿轮结合了凸轮与齿轮的特点，能够实现两轴间 精确的变速比规律。与连杆机构相比，非圆齿轮结构紧凑，传动平稳，易于实现动平衡；与凸 轮机构相比，非圆齿轮结构简单，能实现单向连续旋转的非匀速传动，故非圆齿轮在各个领 域得到广泛应用。当两个非圆齿轮的齿数不同时，可W实现减变速传动规律，但是由于非圆 齿轮构造的特殊性，非圆齿轮的减速比等于大、小非圆齿轮节曲线的周期之比，运就导致非 圆齿轮只能实现某些角速度大小和周期固定的减变速传动规律。而实际生产中，执行机构 的速度要求具有多样性，因此非圆齿轮在使用时，往往需要与一级甚至两级圆齿轮副配合 使用，造成机构冗长，占用空间大，传动效率下降等问题。
[0004] 活齿机构是在行星齿轮基础上演化而成的一种高效高强度的传动机构，一般用作 匀速传动。鉴于活齿机构具有多齿晒合，承载力大，传动平稳，传动比大，制造工艺简单等 优点，人们将活齿机构拓展的变速比传动领域。陈志同等人在1999年《机械工程学报》， 35(1) :30-33文中将变速比传动简化成线性运动和正弦运动的叠加，提出了非匀速活齿机 构的设计方法，该活齿机构的组成与普通活齿机构相同，都是由激波器，活齿架，内齿圈和 活齿组成，通过控制激波器和外齿圈的齿廓形状实现变速比传动，但是简化的传动函数不 能完全满足实际生产中复杂多变的非匀速运动要求。刘大伟等人在2014年《机械工程学 报》，50 (1) :47-54文中借鉴非圆齿轮理论，提出了非匀速推杆活齿机构，其中激波器的齿廓 采用了蜗线函数，内齿圈的齿廓曲线由传动比确定，可实现多周期非圆齿轮的传动效果。另 外还有一种单列减变速一体化滚动活齿机构，是在变速比活齿机构上发展而来，其滚动体 的中屯、分布在同一个平面上，故称为单列活齿机构。其优点是能通过简单的结构实现减速 和变速功能的集成传动。它们的不足之处：使用时要与减速机构串联使用，不仅增加了机构 的繁琐程度，降低了系统的效率，而且无法发挥出常规活齿机构大减速比的特点。减速比受 变速比的周期数控制，只能适应某些特殊的场合，而无法实现任意减速比和变速比的复合。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种可实现任意减速和变速规律的复合传动，从而省掉传统 变速比传动机构中的减速机构，提高整个传动系统的效率和可靠性，减小其重量和所占空 间的并联减变速一体化滚动活齿机构。
[0006] 本发明主要包括激波器，活齿架，内齿圈，滚子活齿、输入轴、输出轴和机座。其中， 机座为中空圆柱形壳体，机座的一侧壁上设有通孔，通孔内部设有轴承A，输入轴插接在轴 承A的内部，且自由端延伸到机座一侧壁的外部，输入轴的另一端穿过激波器的中部。活齿 架为一端开口的圆筒壳体，活齿架的另一端与机座的一侧内壁固定连接，在活齿架的圆周 外壁上，均匀分布导向槽，即导向槽在活齿架的外壁的轴向方向上间隔分布，在导向槽内部 设有滚子活齿。活齿架置于激波器与内齿圈之间。内齿圈的内壁上设有若干列齿廓曲面， 内齿圈内壁上的齿廓曲面与活齿架外壁导向槽内部的滚子活齿相晒合。机座的另一侧壁上 设有通孔，通孔内部设有轴承B，输出轴插接在轴承B的内部，且输出轴的自由端延伸到机 座另一侧壁的外部，输出轴的另一端插接在内齿圈的中部。
[0007] 在W激波器回转中屯、为原点的极坐标系中，激波器的偏屯、圆齿廓曲线方程为
Cl)
[0009] 式中，R为激波器齿廓的半径；e为激波器齿廓的偏屯、距；d为滚子活齿的直径； 和妍为激波器齿廓在极坐标中的向径与极角。
[0010] 相应的，内齿圈上每列齿廓曲线的方程为
口）
[0012] 式中，X2,、y2,-一第j个活齿对应的内齿圈齿廓曲线的坐标，其中j为滚子活齿的 序号；
[0013] d-为滚子活齿的直径；
[0014] 9ii--第j个活齿对应的内齿圈初始齿廓曲线的极角，其计算公式为
t为活齿的总个数，ii2为激波器与内齿圈的转速之比，j为滚子活 齿的序号，巧为激波器齿廓在极坐标中的极角；
[001引一-第j个活齿对应的内齿圈初始齿廓曲线的向径，其计算公式为
[0016] 式中，R为激波器齿廓的半径，e为激波器齿廓的偏屯、距，妍为激波器齿廓在极坐 标中的极角，j为滚子活齿的序号，t为活齿的总个数；
[0017] in,--第j个活齿对应的内齿圈初始齿廓曲线某一点处的切线与向径之间的夹 角，其计算公式为
[001引式中，一-第j个活齿对应的内齿圈初始齿廓曲线的向径，分母代表对求关 于賴的导数。
[0019] 为了令内齿圈的齿廓曲线光滑且封闭，减变速一体化滚动活齿机构的传动比ii2 满足公式
，:其中，Z2为内齿圈单排轮齿的齿数，巧为激波器齿廓在极坐标 中的极角。
[0020] 为了减小激波器和滚子活齿之间的磨损，激波器上可W安装轴承，轴承外圆的直 径与公式（1)中激波器齿廓曲线的直径相同。
[0021] 本发明在使用时，激波器作为输入构件与原动机相连，激波器匀速旋转，其偏屯、圆 齿廓推动部分滚子活齿沿活齿架的导向槽向内齿圈运动，运部分活齿称为主动活齿。主动 活齿将动力传递到内齿圈对应的齿廓上，推动内齿圈旋转，由于内齿圈的每列齿廓曲线方 程都是根据激波器齿廓和传动比推导出来的，所W内齿圈会按照给定的具有减变速特征的 传动比进行旋转，另外内齿圈上每列齿廓只对应一个活齿，运样就能够保证任意减速比和 变速比的复合。随着内齿圈旋转，内齿圈会推动另一部分活齿沿导向槽向激波器运动，运 部分活齿称为从动活齿。主动活齿和从动活齿分别运动到激波器最大和最小向径处时，二 者的角色互相转变，由于滚子活齿的个数不少于3,运样就保证在任意瞬时总有一个主动活 齿，保证动力能够随激波器的转动连续传递。
[0022] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0023] (1)与变速比活齿机构相比，该机构不需减速机构，可实现任意减速和变速的一体 化传动，不仅能够提高系统效率，缩小传动空间，而且设计时减速比和变速比独立调整，具 有极大的灵活性。
[0024] (2)与非圆齿轮相比，该机构制造方便，滚子和激波器都是标准圆形构件，内齿圈 可通过数控锐或线切割获得，其齿形相对非圆齿轮简单许多，而且同时参与晒合的齿数多， 刚度大，承载能力大，传动平稳。
【附图说明】
[0025] 图1是圆齿轮与非圆齿轮组成的减变速传动轮系；
[0026] 图2是减变速传动比曲线；
[0027] 图3是激波器的齿廓曲线；
[0028] 图4是第一个活齿对应的内齿圈齿廓曲线；
[0029] 图5是第二个活齿对应的内齿圈齿廓曲线；
[0030] 图6是第S个活齿对应的内齿圈齿廓曲线；
[0031] 图7是第四个活齿对应的内齿圈齿廓曲线；
[0032] 图8是本发明的装配图；
[0033] 图9是本发明中激波器，活齿架和内齿圈的左视图。
[0034] 附图标号：1-激波器、2-内齿圈、3-滚子活齿、4-活齿架、5-机座、6-输入轴7-输 出轴。
【具体实施方式】
[003引图1为圆齿轮与楠圆齿轮组成的减变速串联机构，图2为该机构的传动比曲线，W实现该减变速串联机构的传